智能樓宇中基于PLC與溫控器的恒溫供水

付思瑤

摘 要：樓宇智能化是信息化的重要組成部分，恒溫供水是智能樓宇的重要功能之一，PLC作為傳統(tǒng)繼電器控制裝置的替代品已經廣泛應用于智能控制的各個領域。本文的恒溫供水系統(tǒng)既使用溫控器實現(xiàn)了溫度控制，又采用PLC實現(xiàn)了對溫度數據的實時監(jiān)測和報警等功能，對于溫度控制系統(tǒng)的搭建具有一定的參考意義。

關鍵詞：PLC 溫控器 智能樓宇

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）06-0-01

引言

隨著信息化和智能化的發(fā)展，人們對舒適而高效的智能樓宇需求越來越迫切，而恒溫供水是體現(xiàn)樓宇智能化的重要功能之一。而當今的PLC控制技術已經由單純的對數字量控制轉向對模擬量的采集與控制，從工業(yè)控制現(xiàn)場走進了人們的生活。因此本文采用PLC和溫控器搭建恒溫控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)的精度和應用靈活性。

一、系統(tǒng)構成

常見的恒溫供水系統(tǒng)大多包括如下功能部分：電磁閥控制冷水進和熱水出；攪拌電機保持水箱中水溫均勻，以此來保證溫度傳感器測溫準確；加熱器用來加熱水溫。要求系統(tǒng)運轉過程中保持水箱水溫在設定范圍，并可以實時觀測水箱供水情況和溫度情況。在本文系統(tǒng)中，還增加有輔助降溫設備和報警器，當溫度超過設定值時啟動相應設備輔助降溫，當超溫過大時啟動報警。

二、硬件選型

本文采用PLC與溫控器作為主要控制模塊，由PLC讀取溫度值并控制系統(tǒng)的進出水電磁閥、輔助降溫設備、報警器等設備的動作，同時可根據需要連接變頻器驅動攪拌電機工作，并通過聯(lián)機觸摸屏實現(xiàn)人機交互。溫控器主要作用就是控制水箱水溫。

根據需求可選擇OMRON CP1H PLC，E5CZ溫控器，NS系列觸摸屏。由于需要采集溫度模擬量數據，還應根據需求增加了CP1H的擴展溫度傳感單元。

三、溫度控制器及其參數設置

溫度控制器是溫度控制系統(tǒng)中的控制核心單元，以使系統(tǒng)實現(xiàn)無人操作，廣泛應用于工業(yè)爐，自動化工程等工業(yè)領域。

溫度控制器部件所執(zhí)行的操作通常有開關控制和PID控制兩種方式。開關控制是控制系統(tǒng)中最基本的控制方式，但一般只適用于控制要求不高的場合。PID控制即比例、積分和微分控制，比例調節(jié)能控制沒有振蕩的平滑控制，積分調節(jié)能自動修正偏差，微分調節(jié)能對干擾進行快速響應。因此在控制要求較高的場合多PID控制。

1.溫度控制器的參數設置

溫控器的基本設置包括輸入類型選擇、單位選擇、控制方式設置、動作方式設置、控制周期設置、正/逆動作設置、設定點設置7種。其中輸入類型根據傳感器類型設置，設定點設置為需要恒溫控制的溫度值。溫控器控制方式，有開關控制和PID控制，為了提高控制精度可采用PID控制方式。

動作方式包括標準控制和加熱/冷卻控制，標準控制可以選擇正動作和逆動作兩種，正動作指操作量隨當前值增大而增大的控制，一般用在冷卻控制；逆動作指操作量隨當前值增大而減小的控制，一般用在加溫控制。加熱/冷卻控制只作一個方向的動作，必須給加熱和冷卻都分配獨立的輸出。

控制周期即輸出周期，較短的周期可以提供更好的控制性能，但考慮到繼電器輸出時的使用壽命，建議將控制周期設為20秒以上。

2.PID設置

選擇PID控制時，可以通過自動調節(jié)（AT）、自整定（ST）或設置PID參數三種方式進行PID調節(jié)，可根據系統(tǒng)應用的具體效果進行選擇設置。

四、PLC控制部分設計

本系統(tǒng)中PLC需要完成包括進水控制、出水控制、溫度采集、攪拌驅動四個部分。其中進水和出水控制只需根據溫度和限位開關進行電磁閥的開關控制，攪拌驅動可根據需求設置變頻器頻率然后進行攪拌控制，因此在這里主要介紹溫度采集部分。

1.硬件設計

歐姆龍PLC系統(tǒng)配置了溫度傳感器單元模塊，其中CPM1A-TS002/TS105可連接4點熱電偶或測溫電阻體，CPM1A-TS001/TS101可連接2點。其中TS001和TS002傳感器類型為熱電偶，TS101和TS102傳感器類型為測溫電阻體，可根據實際系統(tǒng)需求選擇相應的溫度傳感單元模塊。

溫度傳感器單元與CPM1A的其他擴展單元一樣，可以直接連接在PLC上，并按單元連接順序分配通道編號，占有CPU單元或前段單元輸入通道的下一個輸入通道。輸入2點型TS001/TS101占2個通道，輸入4點型TS002/TS102占4個通道，不占輸出通道。

2.程序設計

2.1 電源ON時的處理

從電源ON開始，到最初的轉換數據保存到輸入通道為止，要花費約1S。在此期間，數據為7FFE Hex。因此，在與電源ON同時開始運行時，需編制等待轉換數據有效的程序。

2.2 異常處理

CPM1A系列擴展單元的異常輸出到A436CH（位0～6），從靠近CPU單元開始從A436.00按順序分配。CPM1A-TS102每1單元占有2位。此外，當異常發(fā)生時，溫度輸入數據為7FFF Hex（與斷線檢測相同）可通過溫度數據是否為7FFF Hex進行異常的判斷。

2.3 溫度數據的轉化

溫度傳感器單元中，溫度數據以4位16進制數據輸出到分配的輸入通道中。被轉換的數據為負數時以其補數來表示，在具有小數點后1位的量程代碼輸入類別中，將其10被的值作為二進制的數據，例如，當溫度為500.0℃時溫度數據為1388，當溫度為-20.0℃時溫度數據為FF38。輸入溫度超出可轉換的范圍外某一固定值以上時，即判斷為輸入斷線，斷線檢測功能開始工作，溫度數據變?yōu)?FFF，輸入溫度返回到可轉換的溫度范圍時，斷線檢測功能自動解除，返回為通常的轉換數據。

2.4 報警設計

本系統(tǒng)中，要求當溫度大于一定值時啟動輔助降溫設備，大于報警值時產生報警提示，可以將采集出來的溫度數據與設定數據進行比較，然后驅動輔助降溫設備和報警裝置工作。本部分報警功能也可由溫控器進行控制，為防止溫控器運行異常時不容易被觀測，因此采用PLC進行處理，并將實時狀態(tài)在觸摸屏上顯示出來，方便了現(xiàn)場操作人員根據具體情況采取相應的處理措施。

結束語

綜上所述，采用PLC和溫控器可以完成常見溫度控制系統(tǒng)的搭建，在實現(xiàn)溫控的同時，還可實現(xiàn)溫度的采集與報警等功能，并可聯(lián)機實現(xiàn)控制過程可視化。推廣使用這種集現(xiàn)代先進電力電子技術和計算機技術于一體的高科技裝置，對于提高控制精度和智能樓宇的工作效率都具有重大意義。